功能性銅複合層之電鍍技術開發

Abstract

由於銅具高導電、高導熱等優點，被廣泛應用在工業界，但其硬度低、熱膨脹係數高，因此應用範圍受限，故本研究以低成本之複合電鍍技術來沉積銅複合層，增加銅之硬度，降低熱膨脹係數，提高其機械性質。具導電基材之垂直結構型發光二極體(vertical LED, VLED)，由於不再受制於導熱性差且絕緣的藍寶石基板，被認為可承受較大的電流密度，可製作較大的元件尺寸與較好的散熱效能，故可實現高功率與高散熱性LED的目標。VLED元件導電的基材，目前是以銅電鍍製程與GaN層做結合，但銅(16.6×10-6/℃)與GaN (3.17×10-6/℃)兩種材料間的熱膨脹係數差異較大，在後續製程遇到有關升降溫的過程，容易造成銅基材的翹曲、收縮或膨脹變形，造成元件製作的困難與良率受到限制。 本研究藉由複合電鍍技術，在銅電鍍液中加入鑽石、氧化鋁粉末，再挑選較適合的分散劑及鍍液組成，進行不同參數之測試。研究結果顯示，添加1 m之氧化鋁粉末，雖然鍍層有明顯氧化鋁共沉積，但鍍液中氧化鋁粉末會發生嚴重沉降之現象，因此改選用奈米氧化鋁粉末進行研究。在使用奈米等級之氧化鋁粉末後，一開始鍍層雖有顆粒團聚之情形，但在使用均質機攪拌後，可明顯看出顆粒分散的效果，且在15奈米氧化鋁濃度5 g/L，電流密度10 A/dm2，分散劑Chitin 0.4 wt.%時，鍍層硬度可達146 Hv，相較於純銅硬度84 Hv，鍍層硬度約提升74%。未來將檢測鍍層之熱膨脹係數、熱傳導係數及導電率等特性，並評估應用於垂直結構發光二極體之可行性。